电子技术-变压器-磁通、电压等.pdf

2-68 第 4 章变压器【课题】4.1 磁路的基本知识【教学目标】知道铁磁材料的特性，知道磁路及磁路欧姆定律教学重点】1铁磁材料的磁化过程2磁路与电路的区别3磁滞现象教学难点】1铁磁材料的磁化过程教学过程】【一、复习】1磁现象2磁感应强度、磁场强度及磁通量概念二、引入新课】在物理中学过有关磁的内容，在这里重点是从电气工程应用的角度研究和分析磁的问题本节内容与后续课程（如电机、变压器等）有关三、讲授新课】4.1.1 铁磁材料1磁畴：铁心自身有的自然磁性小区域2磁化：铁心中的磁畴沿外磁场作定向排列，产生附加磁场的现象，如图4.1（b）所示3铁磁材料：能被磁化的材料（例如：铁、钴、镍以及它们的合金和氧化物）4铁心的磁化过程可以用图4.2 描述名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 13 页 -2-69（a）（b）图 4.1 磁畴和铁心的磁化图 4.2 磁化过程OA 段：大部分磁畴的磁场沿外磁场方向排列，与 I 成正比且增加率较大AB 段：所有磁畴的磁场最终都沿外磁场方向排列，铁心磁场从未饱和状态过渡到饱和状态B 点以后：称饱和状态，铁心的增磁作用已达到极限，同直线14.1.2 磁路1磁路：通常由铁心制成，而使磁通集中通过的回路，如图4.3 所示。

图 4.3 磁路2主磁通：铁心中的磁通3漏磁通：少量磁通通过周围空气构成的回路（可忽略不计）4磁通：线圈中电流有效值I 与线圈匝数N 的乘积称为磁通势，RM称为磁阻磁路欧姆定律I NRM注意：（1）磁阻RM表示物质对磁通具有的阻碍作用不同物质的磁阻不同若铁心中存在空气隙，磁阻 RM会增大许多2）磁路的欧姆定律只适用于铁心非饱和状态4.1.3 磁滞现象1磁滞：当铁心线圈通入交流电时，铁心会随交流电的变化而被反复磁化在磁化过程中，由于磁畴本身存在“惯性”，使得磁通的变化滞后于电流的变化2磁滞回线：反复磁化形成的封闭曲线，如图4.4 所示名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 13 页 -2-70 图 4.4 磁滞回线3磁滞损耗：铁磁材料在磁化时，外磁场克服磁畴的“惯性”消耗的能量4磁滞损耗是引起铁心发热的原因之一5软磁材料：磁滞损耗小的铁磁材料，特点是磁滞回线狭长，面积小6硬磁材料：磁滞损耗大的铁磁材料，特点是磁滞回线宽大，面积大4.1.4 涡流1涡流：交变的磁通穿过铁心产生感应电动势，因而会产生感应电流，它围绕磁感场线成旋涡状流动，如图4.5（a）所示a）（b）图 4.5 涡流2涡流损耗：涡流在铁心的电阻上引起的功率损耗。

3减少涡流损耗：常将铁心分成许多彼此绝缘的薄片（硅钢片），使铁心中的电阻增大而涡流减少，这样可以有效的减少涡流损耗，如图4.5（b）所示四、小结】1铁磁材料的磁化过程可以用 I 曲线描述2磁路具有良好的导磁性能就像电路具有良好的导电性能一样为了深入理解磁路的功能，表 4.1 将磁路和电路对比表 4.1 磁路和电路对比磁路电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 13 页 -2-71 物理量磁通电流I磁通势I NF电动势E磁阻MR电阻R定律MRNIREI00I3磁滞现象：在对铁磁材料反复磁化过程中，由于磁畴的“惯性”使得磁通（磁感应强度）的变化滞后于磁化电流（磁场强度）的变化4根据磁滞回路面积的大小，可将铁磁材料分成两大类：磁滞回路面积狭小的称为软磁性材料；磁滞回路面积宽大的称为硬磁性材料5涡流：在交流励磁的情况下，会在铁心中感应出涡流，从而导致铁心发热，产生损耗减小涡流的方法首先是采用片状材料代替整块铁心另外铁中加入适量的硅，使导磁性能提高的同时，铁心本身电阻也增加，使涡流减小，达到降低损耗的目的五、习题】一、是非题：1、2、3、4；二、选择题：1、2、3；三、填空题：1。

课题】4.2 交流铁心线圈【教学目标】知道交流铁心线圈的概念教学重点】电压与磁通之间的关系，即U4.44 f Nm教学难点】电压与磁通之间的关系教学过程】【一、复习】磁路的概念二、引入新课】交流铁心线圈的外加电压和磁通之间的关系是一个重要的表达式，会在以后的分析、计算与磁路有关的物理量中碰到三、讲授新课】4.2 交流铁心线圈图 4.8 为交流铁心线圈电路电压和磁通之间有如下关系：U4.44 f Nm名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 13 页 -2-72 图 4.8 交流铁心线圈电路例 4.1一个有铁心线圈接交流220 V、50 Hz 的电源上，若要在铁心中产生磁通的最大值为0.002 Wb，问铁心上的线圈至少应绕多少匝？解由 U=4.44 f Nm可得N002.05044.422044.4mfU匝496 匝例 4.2 上题中如果铁心上的线圈只绕了100 匝，线圈通电后会产生什么后果解 若线圈只绕了100 匝，则磁通最大值远远超过了规定的最大值根据磁化曲线可知，对应的线圈中的电流将远远超过正常值，线圈通电后可能会被烧坏四、小结】交流铁心线圈上施加交流电压，与铁心磁路中产生主磁通的关系为UE4.44 f Nm【五、习题】二、选择题：4；三、填空题：2、3。

课题】4.3 变压器【教学目标】解释变压器的用途、基本结构、变压比和变流比教学重点】1变压器的基本结构2变压器的外特性教学难点】变压器的外特性【教学过程】【一、复习】交流铁心线圈的概念，电压与磁通之间的关系二、引入新课】变压器作为电气工程技术中重要的部件之一，在生产和生活中有着不可替代的作用本节变压器工作原理和变压器外特性的分析很重要三、讲授新课】名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 13 页 -2-73 4.3.1变压器的基本结构1变压器：可将某一交变电压转换成同频的另一电压，它主要由铁心和线圈（又称绕组）组成2铁心：变压器铁心的作用是构成磁路为了减小涡流和磁滞损耗，铁心用具有绝缘层的硅钢片叠成变压器的铁心一般分为心式和壳式两大类其结构和符号如图4.9 所示a）心式（b）壳式（c）图形符号图 4.9变压器的结构和图形符号3线圈（绕组）：接电源的绕组称为一次绕组，接负载的绕组称为二次绕组4变压器冷却方式：（1）小容量变压器采用自冷式，即将其放置在空气中自然冷却2）中容量电力变压器采用油冷式，即将其放置在有散热管（片）的油箱中3）大容量变压器还要用油泵使冷却液在油箱与散热管（片）中作强制循环。

4.3.2 变压器的工作原理1空载运行：变压器一次绕组接电源，绕组开路的状态2空载电流（励磁电流）：在外加电压U1作用下，绕组N1中通过的电流I03在理想状态下，变压器的电压变换关系为2121NNUUk变压器绕组电压的有效值与一次、二次绕组的匝数成正比比值k称为变压比4有载运行：二次绕组接入负载ZL在理想情况下有kNNII11221变压器一次、二次绕组电流的有效值与一次、二次绕组匝数成反比例 4.3 有一台降压变压器，一次绕组电压为220 V，二次绕组电压为110 V，一次绕组为2 200匝，若二次绕组接入阻抗值为10 的阻抗，问变压器的变比、二次绕组匝数、一次二次绕组中电流各为多少？解 k21UU=1102202 N2=2201102200121UUN匝=1 100 匝I210110L2ZUA11A 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 13 页 -2-74 I11122001100212INNA5.5 A 4.3.3变压器的外特性1变压器外特性：变压器电压U2随负载电流I2增大而降低，如图4.12（U20为空载时二次绕组电压，I2N为额定运行时二次绕组电流）所示。

4.12变压器外特性曲线2电压调整率：当I2从零增加到额定值I2N时，若输出电压从U20降到 U2N，则电压调率U%为U%10020220UUUN一般希望U%越小越好常用的电力变压器，电压整率约为3%5%4.3.4 变压器的损耗及效率1变压器功率损耗：（1）铁损耗：变压器铁心中的磁滞损耗和涡流损耗当外加电压一定时，工作磁通一定，铁损耗是不变的，也称为固定损耗2）铜损耗：电流通过绕组时，在电阻上产生的功率损耗铜损耗的大小随通过绕组的电流变化而变化，也称铜损耗为可变损耗2变压器的输出功率与输入功率之比称为变压器的效率效率铜损耗铁损耗输出功率输出功率输入功率输出功率100%3变压器的效率：（1）一般供电变压器的效率都在95%左右；（2）大型变压器的效率可达98%以上四、小结】1变压器：将某一电压的交流电变换成频率相同的另一电压的交流电的一种变换装置2变压器的基本结构：铁心和绕组线圈3变压器的工作原理：变压器一次、二次绕组电压与匝数的关系为21UU=21NN=k变压器一次、二次绕组电流与匝数之间的关系为21IIkNN1124变压器的外特性一般情况下是一条向下倾斜的直线变压器从空载到满载（二次绕组电流等名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 13 页 -2-75 于额定电流）二次绕组电压变化的数值与空载电压的比例称为变压器的电压调整率。

5变压器的耗损由两部分组成，分别是铜损耗和铁损耗6变压器的效率FeCu122221PPPPPPPPP100%【五、习题】三、填空题：4、5、6；四、计算题：1课题】4.4 三相电力变压器【教学目标】描述三相电力变压器的结构特点教学重点】三相电力变压器的结构与外形教学难点】三相电力变压器的结构与外形教学过程】【一、复习】变压器工作原理二、引入新课】三相电力变压器是变压器的一种，在生活中也能经常碰到三、讲授新课】1三相变压器：高压绕组U1U2、V1V2、W1W2；低压绕组u1u2、v1v2、w1w2图 4.13 为三相变压器的结构图图 4.13三相变压器结构2油浸式电力变压器：将三相变压器放入钢板制成的油箱中，箱壁上装有散热用的油管或散热片油枕为油的热胀冷缩提供了一个空间，油箱中如有过高的压力时可将其从安全气道排出，以防爆炸高低压引线通过绝缘套管从油箱引出四、小结】名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 13 页 -2-76 1三相变压器有六套绕组2三相变压器放置在油箱中以便冷却五、习题】三、填空题：7；四、计算题：2课题】4.5 自耦变压器【教学目标】区分自耦变压器、电压互感器和电流互感器的异同。

知道使用注意事项教学重点】自耦变压器的安全使用教学难点】自耦变压器的结构和工作原理教学过程】【一、复习】变压器的工作原理二、引入新课】一般变压器都有两套绕组，并且它们之间没有电的联系，只有磁的联系但自耦变压器却不同，它的一次和二次绕组有一部分是共用的三、讲授新课】4.5 自耦变压器1自耦变压器：一次、二次绕组共用一部分绕组，它们之间不仅有磁耦合，还有电的联系2自耦变压器工作原理如图4.15 所示图 4.15自耦变压器工作原理211221NNIIUU k3优点：结构简单，节省材料、体积小、成本低4缺点：因一次、二次绕组之间有电联系，接线不正确时安全隐患大例如图4.16 所示为自耦变压器给携带式安全照明灯提供12 V 的工作电压，因为2U 点接地，此时连接灯泡的每根导线对地的名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 13 页 -2-77 电压都是200 V 以上，这对持灯人极不安全图 4.16自耦变压器使用时不安全状况5自耦变压器也可以用于升压，接法如图4.17 所示图 4.17 可用于升压的自耦变压器原理图6自耦调节压器：如图4.18 所示一次绕组U1U2 接 220V 交流电压，二次绕组u1u2 输出电压可在 0250 V 范围内调节。

图 4.18自耦变压器【四、小结】自耦变压器是只有一个绕组的变压器，在铁心绕上绕组，并取其中一部分作为二次绕组按照输出电压是否可以调节，自。